راز راکتور هستهای طبیعی اوکلُو: شگفتی ۱.۷ میلیارد ساله طبیعت

در اوایل دهه ۱۹۷۰، مقامات فرانسوی با یک موضوع عجیب و نگرانکننده روبرو شدند: مقدار زیادی از اورانیوم موجود در معدن «اوکلُو» (Oklo) واقع در گابُن، یکی از مستعمرات سابق فرانسه، ناپدید شده بود. این میزان اورانیوم به اندازهای بود که میتوانست برای ساخت شش بمب هستهای کافی باشد. در دورانی که جهان با موجهای تروریستی روبرو بود و حملات پیدرپی فضای بینالمللی را تحت تأثیر قرار داده بود، نگرانیها نسبت به امکان دزدیده شدن این ماده توسط گروههای تروریستی به اوج رسید.
اما تحقیقات بعدی حقیقتی عجیبتر را نشان داد: اورانیوم نه دزدیده شده بود و نه دستکاری انسانی در کار بود؛ بلکه طبیعت خود در دل زمین اولین و تنها راکتور هستهای طبیعی جهان را ایجاد کرده بود.
کشف اولیه: چه چیزی دانشمندان را شگفتزده کرد؟
آنچه در ابتدا توجه دانشمندان را جلب کرد، کاهش غیرعادی مقدار اورانیوم-۲۳۵ (Uranium-235) در این معدن بود. اورانیوم-۲۳۵ یکی از ایزوتوپهای اورانیوم است که نقش کلیدی در واکنشهای هستهای دارد و به طور طبیعی حدود ۰.۷۲ درصد از ترکیب اورانیوم در جهان را تشکیل میدهد. اما در اوکلُو، این میزان به شکلی غیرمنتظره کاهش یافته بود و در برخی مناطق به ۰.۴۴ درصد رسیده بود.
در نگاه اول، این اختلاف بسیار کوچک به نظر میرسد، اما وقتی در مقیاس کلان معدن محاسبه شد، مقدار کمبود به چندین تُن رسید. علاوه بر این، سنگهای اطراف این مناطق به نظر میرسید که به شدت سوختهاند، گویی تحت حرارت بسیار زیاد قرار گرفته باشند. از همه جالبتر، شواهد نشان میداد که این مناطق دستکم برای بیش از یک میلیارد سال دستنخورده باقی ماندهاند.
چگونه اوکلُو به راکتور هستهای طبیعی تبدیل شد؟
برای تبدیل معدن اوکلُو به یک راکتور هستهای طبیعی، چندین عامل حیاتی به شکلی استثنایی دستبهدست هم دادند:
۱. تمرکز طبیعی اورانیوم
۱.۷ میلیارد سال پیش، نسبت اورانیوم-۲۳۵ در طبیعت بسیار بالاتر از امروز بود و به ۳ درصد میرسید. این مقدار، حداقل غلظتی است که برای آغاز واکنشهای زنجیرهای هستهای لازم است. این سطح از غلظت اورانیوم-۲۳۵ بدون نیاز به غنیسازی، شرایط را برای آغاز واکنش فراهم میکرد.
۲. نقش آب و جلبکها
در آن دوران، منطقه اوکلُو یک دشت گلآلود بود که به طور منظم تحت تأثیر سیلاب قرار میگرفت. آبهای جاری، اورانیوم را از خاک شسته و به استخرهای زیرزمینی منتقل میکردند. در این استخرها، جلبکها (Algae) با جذب اورانیوم، نقش کلیدی در تمرکز این ماده ایفا کردند. با مرگ جلبکها و تهنشینی آنها در کف استخر، اورانیوم به تدریج به غلظتهای لازم برای واکنش زنجیرهای رسید.
۳. آغاز واکنش زنجیرهای
واکنشهای هستهای زنجیرهای زمانی آغاز میشوند که نوترونها با سرعت کافی توسط اتمهای اورانیوم-۲۳۵ جذب شوند. در این فرآیند، اتمهای اورانیوم شکافته شده و انرژی آزاد میکنند. اما نوترونها به تنهایی برای آغاز این واکنش کافی نیستند؛ آب نیز به عنوان کندکننده (Moderator) نقش مهمی داشت و با کاهش سرعت نوترونها، امکان جذب آنها را توسط اورانیوم-۲۳۵ فراهم میکرد.
ویژگیهای منحصربهفرد راکتور اوکلُو
راکتور طبیعی اوکلُو نه تنها اولین نمونه از یک راکتور هستهای طبیعی بود، بلکه به دلیل ویژگی خودتنظیمیاش (Self-Regulating) نیز شگفتانگیز بود. این فرآیند چگونه عمل میکرد؟
- زمانی که واکنشها شدت میگرفتند، دمای محل افزایش مییافت و باعث تبخیر آب موجود در استخرها میشد. بدون آب، سرعت نوترونها به حدی افزایش مییافت که دیگر نمیتوانستند توسط اورانیوم جذب شوند و واکنش متوقف میشد.
- پس از کاهش دما، آب دوباره به استخرها بازمیگشت و واکنش از سر گرفته میشد.
این چرخه به مدت ۱۵۰,۰۰۰ سال ادامه داشت و در این مدت حدود ۱۰,۰۰۰ کیلوگرم اورانیوم مصرف شد. قدرت این راکتور به طور میانگین ۱۰۰ کیلووات بود؛ یعنی به اندازهای که میتوانست برق ۸۰۰ تلویزیون بزرگ یا ۲۲۵ کامپیوتر را تأمین کند.
چرا فقط اوکلُو؟
ممکن است این سوال مطرح شود که چرا مناطق دیگری با چنین ویژگیهایی در جهان یافت نشدهاند؟ پاسخ این پرسش در اکسیژن (Oxygen) نهفته است.
۱.۷ میلیارد سال پیش، سطح اکسیژن در آبهای زیرزمینی به اندازهای بود که میتوانست اورانیوم را از خاک خارج کرده و به استخرهای زیرزمینی منتقل کند. اما پیش از این دوره، میزان اکسیژن بسیار کمتر بود و امکان تمرکز اورانیوم وجود نداشت. علاوه بر این، پس از آن دوره، نسبت اورانیوم-۲۳۵ به تدریج کاهش یافت و دیگر به حداقل غلظت لازم برای واکنشهای زنجیرهای نرسید.
انرژی هستهای: گذشتهای طبیعی، آیندهای پایدار
راکتور طبیعی اوکلُو، نه تنها یک شگفتی زمینشناسی، بلکه یادآوری است که انرژی هستهای بخشی از طبیعت است. برخلاف نگرانیهای عمومی نسبت به ایمنی نیروگاههای هستهای، شواهد نشان میدهد که این منبع انرژی بسیار ایمنتر از سوختهای فسیلی است. در حالی که حوادثی مانند چرنوبیل و فوکوشیما باعث ترس عمومی شدهاند، آمارها نشان میدهند که مرگومیر ناشی از سوختهای فسیلی صدها برابر بیشتر از انرژی هستهای است.
علاوه بر این، انرژی هستهای تأثیرات زیستمحیطی کمتری دارد. تولید گازهای گلخانهای توسط نیروگاههای هستهای بسیار کمتر از زغالسنگ، نفت و حتی انرژیهای تجدیدپذیر مانند باد و خورشید است. به همین دلیل، شاید وقت آن باشد که به این منبع انرژی طبیعی با دیدی تازه نگاه کنیم.
این نوشتهها را هم بخوانید